摇臂钻床机械机构设计与分析

题目名称：摇臂钻床机械机构设计与分析摘要一个国家的机械行业发展，离不开相关的机械设备，在实际的工厂生产加工中，钻床是一种存在比较普遍的设备，这个设备主要是用于钻孔和攻丝，对于简单零件的简单钻孔或者攻丝工序，人工的操作会影响一定的精度，而且加工孔的粗糙度或者尺寸不合格率较大，这样的话会直接的影响到每天生产的速，因此为了解决人工打孔攻丝存在的一些问题，所以本次设计要设计一款比较常见的而且结构简单的打孔、攻丝的设备，经过查阅相关的参考资料可以知道小型摇臂钻床是非常适用的，因此设计一款小型的摇臂钻床对加工孔的精度和生产效率的提高有很大的意义。小型摇臂钻床使用中因为自身结构，占地面积小，使用方便，结构简单，操作方便等优点，使用率比较多，在一些加工企业或者一些制造生产企业都有使用。在本次设计之前，我了解了小型摇臂钻的相关结构，它主要由变速箱、传动系统、摇臂、立柱等部件组成。传动箱是对钻头的传动位置进行传动，动力装置是电机，传动的线路是电机到联轴器再到传动箱，摇臂可以以立柱为中心，环绕立柱进行旋转。本次主要研究的是小型摇臂钻的设计，根据国内外研究的现状和相关的参考文献结合进行研究设计，根据小型摇臂钻的工作原理从而展开，对整体的结构尺寸进行具体的设计，主主要部件进行校核，对摇臂受力进行有限元分析，最终完成说明书的撰写和图纸的绘制。关键词：摇臂钻床；钻孔精度；传动箱；主轴AbstractThedevelopmentofacountry'smachineryindustrycannotbeseparatedfromrelatedmechanicalequipment.Inactualfactoryproductionandprocessing,drillingmachinesareacommonequipment,mainlyusedfordrillingandtapping.Forsimpledrillingortappingprocessesofsimpleparts,manualoperationcanaffectacertaindegreeofaccuracy,andtheroughnessorsizeoftheprocessedholeshasahighrateofunqualified,Thiswilldirectlyaffectthedailyproductionspeed.Therefore,inordertosolvesomeproblemswithmanualdrillingandtapping,thisdesignaimstodesignarelativelycommonandsimpledrillingandtappingequipment.Afterconsultingrelevantreferencematerials,itcanbeseenthatsmallradialdrillingmachinesareverysuitable,Therefore,designingasmallradialdrillingmachinehasgreatsignificanceinimprovingtheaccuracyandproductionefficiencyofmachiningholes.Duetoitsownstructure,smallfootprint,convenientuse,simplestructure,andeasyoperation,theuserateofsmallradialdrillingmachinesisrelativelyhigh,andtheyareusedinsomeprocessingormanufacturingenterprises.Beforethisdesign,Ilearnedabouttherelevantstructureofasmallrockerdrill,whichmainlyconsistsofcomponentssuchasagearbox,transmissionsystem,rockerarm,andcolumn.Thetransmissionboxtransmitsthetransmissionpositionofthedrillbit,withthepowerdevicebeingthemotor.Thetransmissionlineisfromthemotortothecouplingandthentothetransmissionbox.Therockerarmcanrotatearoundthecolumncenteredonit.Themainfocusofthisstudyisthedesignofsmallrockerdrills.Basedonthecurrentresearchstatusathomeandabroadandrelevantreferences,theresearchanddesignwillbecarriedout.Basedontheworkingprincipleofsmallrockerdrills,theoverallstructuraldimensionswillbespecificallydesigned,themaincomponentswillbecalibrated,andtheforceontherockerarmswillbeanalyzedusingfiniteelementanalysis.Finally,themanualwillbewrittenandthedrawingswillbedrawn..Keywords:Radialdrillingmachine;drillingaccuracy;transmissionbox;spindle中原工学院毕业设计（论文）目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 1目录 3第一章绪论 6概述 6小型摇臂钻床国内外研究现状的分析 6第二章小型摇臂钻床总体方案设计 92.1摇臂钻床主要机构组成 92.2摇臂钻床运动形式确定 92.3摇臂钻床总体方案确定 10第三章摇臂钻床相关参数设计 143.1摇臂钻床设计参数 143.2驱动装置电机选型 143.3传动参数设计 153.3.1齿轮组计算 163.3.2齿轮参数计算 173.4传动轴轴径确定 213.5主轴结构参数确定 23第四章传动轴校核 254.1主轴刚度校核 254.1.1主轴弯曲刚度的验算 254.1.2主轴扭转刚度的验算 254.2Ⅱ轴组件刚度验算 264.2.1Ⅱ轴刚度校核 264.2.2П轴扭转角的校核 27第五章摇臂的有限元静力分析 285.1模型的建立 285.2单元的选择 285.3有限元网格的划分 295.4施加载荷 305.5约束条件设定 315.6有限元模型的计算和分析 31第六章摇臂钻床操作规范与注意事项 336.1摇臂钻床安全操作规程 336.2摇臂钻床使用保养 33第七章经济性分析 35致谢 36参考文献37绪论概述小型摇臂钻床,另一种通俗名称为横臂钻。主轴箱是可以进行移动和转动的，可以在摇臂上进行左右移动，主要是以立柱为中心，摇臂绕着立柱回转±180度。小型摇臂钻床主轴箱还可以实现上下移动，通过对立柱上的螺杆进行调节，实现上下升降的功能。此外，摇臂还可沿着外柱做上下升降的运动，以适应加工不同高度的工件。一些机床上加工的零部件大型的零件不适应与小型摇臂钻床，对于小的工件使用很方便，较小的工件可安装在工作台上，进行钻孔。摇臂钻床可以应用于单件生产和中小批生产中的钻孔加工和攻丝加工工艺。小型摇臂钻床在使用种类上有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船，机械加工，等行业[1]。万向摇臂钻床的摇臂除了可作垂直和回转运动外，还可以作水平方向的移动，主轴箱可以在摇臂上作一定的倾斜调整，以适应工件各个部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。小型摇臂钻床国内外研究现状的分析自20世纪70年代以来，世界各地的摇臂钻床均已开始使用高精度的继电器来实现自动化。例如，美国公司的ELDORADO有限公司的MEGA50摇臂钻床，联邦德国的BT有限公司的T30-3-350，日本国的NAGEL有限公司的B4-H30-C/L，以及日本国神崎高档精工制造所的DEG型[2]，均已经开始使用高精度的继电器来实现自动化。随着80时代后期的发展，数控技术的出现，深孔钻床的应用也随之增多，尤其是90年后，这项前沿的技术更加普遍。例如，TBT企业90世纪初发布的ML系列深孔钻床，除进给系统使用交流皮带轮和皮带，进给使用翻滚直线导轨，而且使用沟通伺服电机驱动器的滚珠丝杠副，[3]从而获得更加高效的进给，同时也能够有效地提升钻床的运行效率，从而达到更好的工作效果。通过将双速电机改装成可调速的变频电机，使得电动机能够更好地控制电机，从而大大改善了钻削小型、中型、大型、深型钻床的工作效率与产品品质。针对不同的零部件，不同的国度都在努力推出多种特殊的深孔钻床，以满足其对于多种形状、尺寸、位置的要求。比如，可以精确的打磨出曲轴、连杆、平面、径向出料孔以及饲料料模的多种孔洞。BW350-KW深孔钻床是专门针对大中型货车的特殊定位的，拥有X、Y、Z、W等多种精密的数控系统，可以满足多种复杂的曲轴油孔的生产要求。2000年，我厂推出的第一台柔性曲轴加工机床，可以满足2~12种汽柴发动机的各种油孔的生产要求。MOLLART公司推出的六根六根精密主轴的深孔钻床[5]，可以在相同的零部件表面精确地打磨六个小的孔，从而满足高精度的颗粒挤压需求。我国小型摇臂钻床的发展是起于我国的建国之后，那时因为百废待兴，工业生产需求较大，因此在制造生产上特别需要工具。在哪个时期下，小型摇臂钻床的初型开始诞生。小型摇臂钻床的生产制造是采用了传统的设计方法，采用逆向研究进行设计，根据外国的小型摇臂钻床的实物进行研究设计。随着我国的改革开放，我国对外引进的技术的同时，在我国的机械制造加工企业也得到了迅速的发展，有原有的逆向设计，开始根据外国的小型摇臂钻床进行产品的设计。随后，近些年来，我国的小型摇臂钻床的发展也得到了很大的发展，在关键技术上也有所突破，目前在加工精度上，加工性能上都有很好的发展。我国的自主研发的小型摇臂钻床承接了我国的最大水电站的电机安装座的钻孔，由于三峡水库的蓄水量巨大，对于加工精度要求都是特别的高，又一点的不对都会造成巨大的损失。另外，之前对于钻孔精度高的领于都是国外钻床企业参与，中国的小型摇臂钻床企业都未有机会参与。由于三峡水库电机孔的钻孔，证明了我国在高精钻床上的研究成果。我国的制造工业也随着发展起来，生产效率更高，结构更完善，精度更高，如下图1-1所示。图1-1摇臂钻床实物图第二章小型摇臂钻床总体方案设计2.1摇臂钻床主要机构组成根据本次的设计研究课题与要求，需要对小型摇臂钻床进行设计，那么在设计方案之前，需要对小型摇臂钻床进行结构组成的研究分析。根据有关信息，摇臂钻床是由多个零件构成的，其中最重要的是底座，其次是内、外两个支撑，最后是摇臂，还有主轴箱和工作台。这些零件之间的连接是通过支撑和连接，使得整个机械系统能够正常运行。通过安装套筒，外立柱和摇臂被紧密地结合，使得摇臂无法单独旋转360度，必须和其他部件共同旋转，使其完全围绕内立柱旋转[7]。同时，通过安装升降螺母，使得摇臂也能够随着旋转的方向进行调整。另外，小型摇臂钻床还包括有传动系统，传动系统包括主轴箱传动和变速箱传动这个机器人的核心零部件包含一个电机、一个传动系统组织、一个减速机器、一个机械控制器[8]。它被固定在机器人的底座上，并且能够被人们用来控制机器人的运动。目前，最受欢迎的小型摇臂钻床之一就是液压摇臂钻床，它具有多项优势，其中最突出的就是：(1)拥有先进的液压预选变速技术，能够有效地减少辅助工作的耗费；(2)通过一个简单的手柄，能够完成主轴装置的正反转、停止（或刹车）、变速、空档等多种功能，使得操作更为方便；(3)主轴箱、摇臂、上下柱都配备了液压驱动器的菱形块夹住组织，使得它们的固定更为牢固；(4)摇臂的导轨、轴线套筒以及上下柱的回转滚道都采用了淬火加工，使得它们更为耐磨耐用。采用先进的技术，不仅可以大大提高其寿命，而且5.不仅支持人工操作，而且具备先进的安全技术，包含内部支撑结构、外部支撑结构以及自动润滑系统。2.2摇臂钻床运动形式确定通过使用专门设计的加强机构，我们可以确保摇臂钻床能够顺利地完成各种复杂的加工过程。这些机构包括：（1）主轴箱、外立柱和摇臂。它们通过专门的机械设计来确保它们能够牢牢地安全地连接到同一个位置。这样，我们就可以保证它们能够顺利地完成各种复杂的加工任务。（2）进给运动为主轴的纵向进给（3）辅助运动有：摇臂沿着外立柱作垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕着内立柱作回转运动。在研究机床的主传动变速系统的过程中，我们通过多种不同的技术手段，从而获取最佳的结果。为此，我们还对数控机床的主传动系统进行了一些深入的研究，并结合其对主轴的功率、扭矩等参数的需求，提出了一种新的机电关联分级调速技术。通过对主传动系统的分析，我们可以找到一种能够满足机床主轴的最大功耗和扭矩需求的解决方案。我们将会对这种解决方案进行最终的详细分析，并对其进行简单测试。在这篇文章里，我们将会详细介绍如何正确地使用这种解决方案，并提供一个有用的指导。采用新的技术来优化机床的主传动系统，如采用更精确的齿轮数量、更精细的结构和更小的轴向尺寸，可以大大降低计算复杂度，并有助于提高设备的可靠性和可行性。2.3摇臂钻床总体方案确定摇臂钻床由多个部件组合而成，包括机座、内、外支撑架、摇臂、传动装置以及操纵平面。详情请参见图2-1。底座2-控制开关3-摇臂夹紧装置4-升降丝杠5-立柱6-升降电机7-主轴电机8-主轴箱9-摇臂10-操作手柄11-主轴12-调节手轮13-光源14-钻头15-工作台16-主轴进给系统17-安装螺钉图2-1摇臂钻床结构图摇臂钻的结构主要是由底座、立柱、外立柱、摇臂、主轴箱等部件组成的，立柱固定在底座的左边，立柱的外侧安装外立柱，外立柱和摇臂是一体的，也就意味着摇臂可以环绕立柱进行旋转，立柱的顶部安装有电机部件，通过齿轮的旋转实现摇臂的上下升降，从而实现高度的调节，由于丝杠是穿过摇臂的，所以立柱上端的电机部件也要随着外立柱一起围绕立柱进行旋转。1.摇臂钻床的机座由精密铸造的部件组成，具有出色的刚度和抗变形能力，使其成为一种理想的工作环境。2.工作台是一种专门为工装、卡具和工件提供支撑的设备，通常采用整体朱忒结构制造，并配备T型槽，以便将加工辅助工具固定在槽内，以确保其正确的安装位置。3.两个独特的立柱：一个固定在底座的左边，另一个完整地安装在底座的右边。这些立柱能够围着中心轴进行旋转，形成一个环形结构。它们的主要功能是支持悬挂装置，通过传送力量和方向，使得悬挂装置能够顺利地进行上下移动，提升了加工的精确性。。根据图示，摇臂钻床的结构包括：基础架、支撑架、支撑架、推杆、传动装置和操纵平面。这句话描述了两个支撑结构：内部支撑和外部支撑。内部支撑被安置在底部，并且支撑结构本身具备360度旋转功能。外部支撑结构被安置在摇臂的两个部分，并且通过安装的升降螺母将其固定。这两个部件相互配合，使得摇臂无法单独旋转，必须和内部支撑结构共同旋转。4.“主轴箱”由一个较为简单的电机、一个传动机械系统、一个控制器、一个执行器、一个控制器、一个执行器的执行器等组成。这个电机负责控制电机的运行，传动机械系统负责控制电机的运动，执行器负责控制电机的运动，执行器负责控制电机的运动。这个机器人的核心零部件包含一个发电机、一个传动系统组织、一个减速机器、一个机械控制器。它被固定在机器人的水平轴线上，并且能够被人们用手动控制来改变位置。图2-2摇臂钻床运动原理简图图2-3摇臂钻床运动原理简图5.摇臂是一种由主轴箱支撑的悬挂结构，它通过外立柱的推动，围绕内立柱旋转，并在外立柱的作用下上下移动。第三章摇臂钻床相关参数设计3.1摇臂钻床设计参数在这个项目中，我们将研究一种新的小型摇臂钻床的设计。该机器的主要特点是：可以完成40mm的钻孔，可以用于制造各种不同类型的零部件。它的切削部分采用了高强度的碳纤维和不锈钢制造，并且可以承受各种各样的切削压力。此外，该主轴端面至工作台距离为350-1220mm，主轴中心距立柱母线距离为350-1600，主轴最大行程为315mm，主轴进给量（mm/r）：0.04-3.20，主轴最大行程：315m，主轴箱水平移动距离（mm）：1250。3.2驱动装置电机选型根据电源d的种类、使用条件、环境、使用时长、负载特性、启动性能等因素，应当精心挑选出最适合的电动机类型和结构形式。在工业领域，Y系列三相异步电动机因具备构造紧密、成本小、操作容易、使用寿命长、操作性能高、操作性能平稳、操作性能良好，因此在各种场合都得到了普遍的应用。为了满足频繁的开关、刹车、旋转、停止以及短暂的运行需求，YZ和YZR系列的三相异步电动机有着较高的旋转惯性以及较强的超负荷承受能力。不管是3000、1500、1000还是750的同步电动机，其中，随着其同步转速的提升，其磁极的对数会减小，从而降低其成本。如果电动机的功率没有达到预期的标准，将严重限制其使用寿命，甚至可能出现故障。若功率设置得太小，将无法确保其可靠的使用，甚至可能出现严重的故障；若功率设置得太大，将使得其售价较贵，并可能无法达到最佳的使用状态，从而带来巨额的财务负担。由于Y一系列三相异步电动机的特性，我们可以ACK它的类型是Y112M-4，其最大输出功率可达40KW。此外，按照《参考资料》的记载，它的安装尺寸分别是A=190mm、AB=245mm和HD=265mm[7]。3.3传动参数设计因为采用了混合公比，并且采用了摇臂钻床，我们可以通过查公式来确定nj=Nmin(NmaxNmin)由于要去未给出最低转速，故取常用nj=80r/min（2）确定各传动轴的计算转速。根据这个结论，我们可以知道，在每个转速范围内，80r/min的转速都会传递所有的功率。因此，我们可以得出每个传动轴的计算转速为nⅥj=100r/min，nⅤj=200r/min，nⅣj=500r/min，nⅢj=800r/min，nⅡj=910r/min。各计算转速入表。表3-1各轴计算转速轴号Ⅵ轴Ⅴ轴Ⅳ轴计算转速r/min100200500所以各轴转速：n0=2000r/minn1所以各轴功率：N0=N电各轴转矩：根据：

Tn=955×104NT0=955×13.3.1齿轮组计算根据公式：分度圆直径d齿顶高ha齿根高hf=(全齿高h=顶隙c=齿顶圆直径da齿根圆直径df其中ha*=13.3.2齿轮参数计算在变速器的设计中，应该尽量保持所有的齿轮的模数都是相等的，特别是在使用的是具有相似材质的情况下。在确定每个变速器的模数之后，应该考虑它们的承载能力，以及它们的磨损程度。在这种情况下，应该尽量保持每个变速器的模数都是相等的，而且应该尽量避免使用2~3种模数。首先，根据使用说明，确定齿轮的齿数，并使用直齿圆柱齿轮或斜齿轮传动。在确定齿轮的精确性时，应使用7级的标准。此外，应使用调质的45钢作为齿轮的材质，并确保其硬度在220HBS至350HBS之间。在a变速组中，首先要确定最低齿数为Z1=20，最高齿数为Z2=80的齿轮，然后计算它们的模数。⑴初步计算传动的主要尺寸根据公式：

d1≥2.32∛KT2(u±1)φdu小齿轮传递转矩为

T2由于v值尚未确定，我们只能初步选择载荷系数来进行初步分析。非对称安装，取齿宽系数φd查得弹性系数QUOTE

ZE=189.8MPa。齿数比u=80/20=4按齿面硬度查图，得

σHlim1=600MPaσHlim2=560MPa大齿轮和小齿轮的应力循环次数分别为：如果这台机床能够使用10年，每年运行300天，采用双班制，运行平稳，且齿轮转向保持不变，那么它将会是一台优秀的设备。QUOTEN1=60n1jLh=60×910×1×1.0×300×16=2.62×108QUOTEQUOTEN2=60n1jLh=60×800×1×1.0×300×16=2.3×108⑧查资料的QUOTEkHN1=0.95,QUOTEkHN2=1.09取安全系数QUOTESH=1 [[取[

d1t≥2.32∛1.5×3.15×104×(4±1)0.3×4⑵计算模数计算载荷系数查得使用系数QUOTEKA=1.0因

v=查得动载荷系数Kv=1.11，由表查得齿向载荷分布系数QUOTEKβ=1.15，则载荷系数为

K由于K的变化很大，因此必须对计算出的结果进行修正，以确保准确性和可靠性。d1=d1t∛kkt确定模数：

mn=d1z1=58取QUOTEmn=2.5传动尺寸：两分度圆直径QUOTE:d中心距

a齿宽

bQUOTEb1、b2尽可能圆整为5的倍数，取QUOTEb1=15mm、b2=15mmQUOTE齿高

h通过改进设计与生产方法，我们可以使得所有的传动部件的模型都保持不变。这样，即使是在变速器系统中，也能保证所有的传动部件的模型都是完全相等的。通过使用特定的技术，可以获得第一个传动副的模拟值，但是，由于最后一个背轮机构的变速范围更广，因此每个传动副所承受的扭矩之间的差异更加明显，因此，要想有效地使用这些资源，就必须使用多种不同的模拟值，并仅仅使用两种。因为传动副轴心线的间距必须保持一致，因此QUOTEm1Sz1QUOTEm1QUOTE、QUOTEm2——分别为两种模数；QUOTESz1、QUOTESz2——分别为QUOTEm1、QUOTEm2两传动副的齿数和。则2.5×(44+34)=m2×(22+44)QUOTE得QUOTEm2=3表3-2齿轮组几何尺寸齿轮Z3Z3’Z4Z4’Z5Z5’齿数383829474434分度圆直径959572.5117.511085齿顶圆直径10010077.5122.511590齿根圆直径88.7588..7566.25111.25103.7578.75齿宽13.513.513.513.513.513.5齿轮Z6Z6’Z7Z7’Z8Z8’齿数224461392080分度圆直径66132152.597.550200齿顶圆直径71137157.5102.555205齿根圆直径59.75125.75146.2591.2543.75193.75齿宽13.513.513.513.513.513.5根据对比，我们采用40Cr钢制作的小型和中型齿轮，其调质处理后的硬度分别为229HB~286HB和240HB，以此来确定每个齿轮的性能。同理根据基本组的计算，可得Kn=0.62、K2根据接触应力验算公式：σ弯曲应力验算公式：σ可求得：σσ3.4传动轴轴径确定根据扭转刚度，可以通过以下公式来估算传动轴的直径：d或

d式中d传动轴直径（mm）Tn该轴传递的额定扭矩（N·mm）

T该轴传递的功率（KW）nj该轴的计算转速[φ]该轴每米长度的允许扭转角，[φ]=0.50~10所以：d0=1.64419495.450.5=28.1mmd以上进行概算后，圆整值如下表：表3.3各轴轴径轴号Ι轴Ⅱ轴Ⅲ轴Ⅳ轴Ⅴ轴Ⅵ轴Ⅶ轴轴径25mm25mm30mm30mm35mm45mm45mm小型摇臂钻床的传动轴和主轴大多数都是使用花键轴，因此需要安装一个村套，因此，在确定轴径时，应该按照下列要求来确定每个轴的最佳尺寸：表3.4轴承轴号Ι轴Ⅱ轴Ⅲ轴Ⅳ轴Ⅴ轴Ⅵ轴Ⅶ轴轴承7209C7209C7206C7206C7206C7206C7210C3.5主轴结构参数确定摇臂钻床是一种特殊的孔加工设备，它能够快速、准确地完成复杂的深孔加工，但是，它的操作难以控制，并且对于具备更高精确性的设备来说，它的操作难以实现。所以：

aD所以：

a初定:a=120mm则

L0主轴最大输出转矩：

T=9550×切削力：

FC背向力：

FP总作用力：

F=这股力量施加到了最高处的零部件，其中，主轴与尾架分别负担了一半的重量，因而，主轴的负荷最大F/2在估计时，先假设初值

la前支承的支反力RARR根据点接触的球轴承知：Kr所以得出KA所以

K在进行初始计算之前，我们应该将实际的主轴的抗弯刚度与其等效的直径de进行比较，其中deI

η=传动轴校核4.1主轴刚度校核4.1.1主轴弯曲刚度的验算摇臂钻床弯曲刚度为

KQUOTEQUOTEde——在两个轴上，其中一个的尺寸与另一个的尺寸相同。d因此，小型摇臂钻床的主轴弯曲刚度必须符合规定的标准。K4.1.2主轴扭转刚度的验算由公式

φ=QUOTE式中：QUOTEMn——扭矩N·cm；G——剪切弹性模量N/cm2，取G=8.1×106N/cm²QUOTEIn——截面极惯性矩，实心轴QUOTEIn=0.1D4；根据测量结果，D轴的直径为45毫米，相当于D=45mm=4.5cm厘米，而L轴的直径为329毫米，相当于L=329mm=32.9cm厘米；N——主轴传递功率，N=3KW；QUOTEnj——主轴计算转速，nj=80r/min则

MIQUOTE

φ=35.9×4.8×1058.1×106×147.58=0.0144（式4-6）

QUOTE如果主轴扭转角不超过规定的最大值，那么就符合要求。φ=0.0144°4.2Ⅱ轴组件刚度验算4.2.1Ⅱ轴刚度校核在单一负荷条件下，根据文献提供的公式，可以计算出轴中心处的挠度值[11]：YaL两支承的跨距；D轴的平均直径；X=/L，表示齿轮在支承点附近的运动轨迹；N轴传递的全功率；校核合成挠度YYa输入扭距齿轮挠度；Yb输出扭距齿轮挠度;β=δ-2(α+ρ)δ被演算轴与前后轴连心线夹角；δ=144°啮合角α=20°，齿面摩擦角ρ=5.72°。代入数据计算得：ya2=0.025、yb5=0.206合成挠度

Yh查文献6，带齿轮轴的许用挠度[y]=5/10000·L，即[y]=0.268由于合成挠度低于允许的最大值，因此轴的挠度符合预期。4.2.2П轴扭转角的校核根据支承点A和B的特性，可以通过以下公式来估算传动轴的倾斜角度：θAθ将上式计算的结果代入得：由文献6，查得支承处的[θ]=0.001因

θA摇臂的有限元静力分析5.1模型的建立使用第三章提出的参数化建模方法，我们可以构造出一个具有特定特征的摇臂。我们可以使用Model文件，在ANSYS软件上输出这个模型，从而实现对该结构的有效分析。为了更好地划分和施加载荷，我们需要对摇臂钻床的模型进行一些相应的预处理。例如，如果模型在ANSYS界面中呈现为线性框架，我们可以通过调整类型来使其呈现为立体形态；如果模型中没有需要加载的线或面，我们可以将其分成几段，以满足需求；此外，三维设计软件中建立的模型通常以mm为单位，因此，我们可以通过调整尺寸来更好地控制载荷，从而更好地完成摇臂钻床的模型划分和施加载荷。ANSYS软件中没有固定的单位，因此我们可以根据实际情况来调整模型的长度，以达到更加准确的结果。为此，我们可以将模型的长度的单位换算成米，以便更加精确地计算出结果。模型如下图5-1所示：：图5-1摇臂5.2单元的选择三维物体的结构可以由多种不同的元素组成，其中包括六面体、楔形、棱柱体等。六面体元素可以通过映射来获取，但由于它们的面积相当大，所以当面临更加复杂的结构时，如摇臂，就不能使用六面体元素来完成网格的划分。相反，可以使用更加简洁的元素来完成更加精确的结构。通过ANSYS软件，我们能够更加精确地利用四面体Solid92单元来描述和预测三维结构，这种单元的划分具有极高的灵活性，能够更好地捕捉到更加精细的几何形态，而这种技术的应用也越来越普遍。经过研究，我们发现HT250的摇臂复合材料具有较高的弹力模量E=155GPa、泊松比µ=0.3、密度ρ=7800Kg/m3，因此，我们可以按照这些特征来确定其对应的材料参数。5.3有限元网格的划分通过对有限元网格的细致划分，可以显著改善有限元模拟的准确性，而且可以减轻计算的负担。因此，在构建有限元模拟的过程中，合理的网格细化可以显著改善准确性，减轻计算的负担，从而达到更好的效率。当我们决定使用哪些网格来处理数据时，我们必须考虑两个主要的因素。通常来说，当我们考虑处理静力学问题，例如研究结构的变形，我们会选择更小的网格数。但当我们考虑处理应力问题，我们会选择更大的网格数，这样我们就能够更准确地处理数据。此外，当我们考虑处理结构的动力学问题，我们也会选择更大的数字。与静应力的测试相比，结构模拟的测试可以省去大量的空间，从而大大降低了测试的复杂度。使用Solid92单元将摇臂精确地按照10mm的SmartSize，将其划分成225459个Solid92体单元，每个单元包含129815个节点，从而实现了精确的空间结构。根据有限元分析，摇臂的结构可以参考图5-2。图5-2摇臂网格视图5.4施加载荷由第二章对摇臂的分析知：摇臂主要承受钻削力和钻削力产生的扭矩。查阅《金属切削刀具》，得钻削力的计算公式：P=由查得：摇臂钻床的最大钻孔孔直径为63mm；主轴进给量范围为0.04－3.20mm/r。为了计算最大的钻削力，工件材料选钢σb查表得：CK因此，最大钻削力：P=把钻削力和扭矩施加在摇臂的最右端。5.5约束条件设定经过精心设计的支撑结构，使得摇臂的左侧能够与支撑架相互联系，使得它能够保持X、Y、Z三个方向的稳定，从而实现了三个方向的灵活性。因此，我们将其视作具有三个不同方向的支撑结构，并对其进行了相应的约束。5.6有限元模型的计算和分析经过精确的数值模拟，我们可以看到，等效应力图（见图5-3），其中，左侧表明了摇臂的底部及其周围的应力，而右侧则表明了顶部及其周围的应力（与图5-1中的模型相比）。当摇臂的一个部分承受压力时，它的另一个部分会承受压力。这两个部分的表面大小几乎一样，但有一些部分的表面会有所差异。此外，摇臂的两个部分的应力值大小也大致一样，最大的应力值出现在摇臂的底部，大概9.9MPa。最大的压力值出现在摇臂的两侧、中间以及顶部。当HT250的等效应力小于许可应力值时，可以从最左侧的视窗中观察出来，其中的集中应力值可达[σ]=240Mpa，这一值可以通过测定其中的最大钻削力，即该力的系数、进给量以及钻孔的直径来确定。图5-3摇臂等效应力根据图5-4，当受到外界负荷时，摇臂的左侧的变化过程非常轻微，接近于零，而伴随距离的增大，其变化过程也会呈现出明显的上升态势，而两侧的变化过程也会保持一致。特别是当受到最大的钻削力时，摇臂的右侧的变形程度可达到0.0003m。图5-4摇臂等效应变图摇臂钻床操作规范与注意事项6.1摇臂钻床安全操作规程在开始工作之前，必须对使用的钻床和工卡进行彻底的检查，确保一切正常后才能开始工作。请勿佩戴手套进行操作，女性应该把头发扎在帽子里。在钻取小型零件时，必须使用专业的工具夹持，而不能仅凭人力操作。在操作自动走刀时，应该精确控制进料速率，并且精确地设定行程限制点。而在操作人工进料的情况下，应该遵循先升后降的规律，避免操作太激烈而导致意外。在调整钻床的速度、行程、安装夹具和工件，以及检查机床的性能时，应该停止运转。当发现钻头周围缠着厚厚的钢丝绳，应立即停下来进行清理。请勿使用空气流动和人力，而是使用刷子和铁钩。当精铰深孔时，应该轻柔地拿起圆器和销棒，避免使劲太大，否则会导致手部碰到刀具。请勿使用任何方式来改变、移动、挤压和检查工作物。您的手也请勿接近正在运动的刀具。在操纵摇臂钻机之前，请确保它的旋转轨迹中没有任何阻挡。在开始操纵之前，请确保它被锁定。在横臂和工作台上，严禁任何形式的物品存放，被加工的零件必须严格按照规定进行卡紧，以免发生重大的人员伤亡或设备损坏的情况.在工作完成后，将横臂降至最低点，使主轴箱与立柱紧密接触，并确保牢固固定。6.2摇臂钻床使用保养1.为了确保小型摇臂钻床的正常运转，必须严格遵守相关润滑指南，并且经常对滤油网进行检查和维护，以确保油液的质量。2.为了确保小型摇臂钻床的安全运行，其摇臂及其支撑架的导轨必须定期进行清洗，并定期加润滑剂，避免损坏。3.为了确保小型摇臂钻床的正常运行，应该定期清洁工作台和底座，并且要尽量避免使用手去抓取铁屑，以免造成不必要的损伤。4.保持清洁建议，为了保证系统的正常运行，应定期对保持清洁《冷却液》进行清洗，以去除其内部的杂质和铁屑。5.在将刀具安装之前，应当对小型摇臂钻床的主轴锥孔进行彻底的清洁。6.维护电子产品的正常运行是非常重要的。因此，我们应该经常对它们进行维护，以确保它们的正常运行。我们应该经常采用压缩空气来去除灰尘、污渍、污染物以及其他污染。同时，我们也应该避免采用煤油或汽油来擦拭电子产品的线圈。为了保证电机的正常运行，我们采用含动物油钙皂和矿物油的润滑油。在使用过程中，请确保每个部位都已经被彻底擦拭干净。如果发现任何部位出现了摩擦，请立即更换。如果发现任何部位出现了油渍，请采用专业的修补工具。经济性分析从加工范围来说，本次设计的产品应用领域及范围很是广泛，与传统的钻床相比之下，它能加工一些体积较大，重量稍重的物件，因此不会因为零件太大无法安放而导致的不可加工而出现的问题，不会受限于零件本身的大小。从制造方面来说，摇臂钻床与传统钻床一样，无论控制方面还是机械构造，他的结构都十分简单，所使用的零部件也十分常见，大多可以直接从市面上购买到，相对来说成本并不高，结构也不复杂，便于工业上的使用，设计以及后续的日常维护，对于一些必须选用较贵材料的零部件来说，可以有选择性地进行设计，例如只对该部件上的一些重要部分选用稀缺材料。此外，我国属于制造业大国，制造技术成熟，在制造方面相对而言有一定的优势。从销售上来说，我国是制造业大国，而未来制造业的发展前景十分辽阔，对机床的使用需求也更多。此外，我们国家对传统机床也有相应的鼓励政策，国内的机床产业一直处于上升趋势。在本次设计找资料时，我发现很多机床公司对摇臂钻床的制造和设计比较少，所以竞争压力就会小一点，从而形成“粥多僧少”的局势。因此，摇臂钻床在市场上销售也具有较大优势。但是摇臂钻也不断地在发展，落后的注定淘汰，因此我认为，摇臂钻公司也不能固步自封，一定要跟上时代潮流，对生产的产品也要不断创新，才能在商业竞争里稳中求胜。总结本次设计的是小型摇臂钻床的设计，本次设计先结合国内外现有的发展现状，根据现状进行相关的分析，了解小型摇臂钻的的主要用途和设计的分类，应用的场所和工位，方便了后期结构设计的进展。本次设计通过不同方案的对比，确定了本次设计机构的整体布置形式，确定了传动的装置根据外形的整体尺寸，对方案原理进行细化的分析，详细清楚结构的组成和布局，通过相关的参数计算，完成了的齿轮的设计和传动轴的设计，然后对主要的受力零件进行强度校核，通过选择合适的材料，利用Ansys有限元分析软件，重点对摇臂进行仿真受力分析，符合本次设计的要求，最终完成了本次摇臂钻的整体设计。致谢本次毕设的小型摇臂钻床设计，从选题到开题报告，再到后面的立项进行毕设设计，总共经过几个月的时间,之间经历了很多上学期间没有经历过得设计，参数的计算等，最后在老师的指导与同学的帮助下，我终于将本次的毕业设计完成。本次设计的小型摇臂钻床设计，在设计过程中经历了对小型摇臂钻床传动装置的参考文献的查阅，在网上收集本次毕业设计的相关资料，指导明确本次设计的主要内容，指导其他的设计者在设计本课题方向做了哪些研究与设计，在了解好这些内容的情况，开始了自己的毕业设计。在后面的设计过程中遇到了之前学习中未有遇到的难题与困难，比如设计的参数如何计算，如何安排本次的设计顺序，应该怎么设计，应该从什么方向上设计等等问题，这些问题都是在老师和同学的指导下，进而知道本次的设计内容，才能按照这个顺序情况下进而设计好本次的毕业设计，完成本次的毕业设计要求。期间遇到的这些问题不止以上的那些，还有在图形处理上，计算机的绘图有很多的不会的操作，比如装配图中的那些需要做剖面图，那些需要做断面图，连接件该如何表示等等。当面临挑战时，我会向专家、朋友寻求帮助，经过他们的精心指点，最终得以解答。这让我深入地理解了机械设计，并且圆满实现了这项重要的毕业论文。虽然